книги / Селективные акустоэлектронные устройства

изготовленные на звукопроводах из пьезокварца и ниобата лития. Расстояние

между ВШП 20 мм, что соответствует времени задержки 6,4 и 5,7 мкс для

пьезокварца и ниобата лития, соответственно. Имплантация осуществлена ионами гелия энергией 100 кэВ, дозой 4хЮ20 м 2 при L - 15 мм. Измерение времени задержки осуществлено по импульсному отклику основного и трехзаходного сигнала /6 7 /. Результаты измерений приведены на рис. 7.11.

-S0

-40

*20

Рис. 7.ÎL Изменение времени задержки ЛЗ

7JSL И сследование тем пературной нестабильности ахустоэлектронны х

устройств

Общим эксплуатационным требованием к множеству акустоэлектронных устройств является температурная стабильность. На практике для создания высокостабильных узкополосных селективных и чэстотоэадающих устройств

применяются эвукопроводы из термостабильных срезов пьезокварца. Однако

металлические электроды ВШП и элементы акустического тракта, расположенные на рабочей поверхности эвукопровода. изменяют температурные характеристики устройств /6 8 /.

В общем случае конструкция акустоэлектронного устройства состоит иа

пьезоэлектрического эвукопровода 1 (рис.7.12), на рабочей поверхности которого

расположены входной 2 и выходной 3 ВШП. Между ними на пути распространения ПАВ размещены элементы акустического тракта 4, представленные в виде

участков эвукопровода, характеризуемых длиной LK и скоростью распространения

ПАВ VK.

Учет температурных воздействий при расчете эксплуатационного допуска

устройств может быть сведен к определению температурного коэффициента

частоты (ГКЧ) /6 9 /. По этой причине акустоэлектронное устройство рассматривается

вместе с усилителем 5 и на основе уравнения баланса фаз определяется частота

генерации

(7.5)

На основе (7.5) определяется ТКЧ

расширения соответствующих участков.

Двухвходовые резонаторы на ПАВ .i приповерхностных обьемных акустических волнах (ППОАВ) изготовлены с одного фотошаблона на различных срезах

пьезокварца. Отражательные решетки резонаторов содержали по 290 алюминиевых

полосок, встречно-штыревые преобразователи - по 19 пар электродов.

Металлизация составила 50% всей активной площади резонаторов. Получено повышение центральной частоты резонаторов на ППОАВ в 1.58 раза, уменьшение

■носимого затухания на 4 ДБ и увеличение ТКЧ первого порядка по сравнению

С резонаторами на ПАВ (рис.7.13). где кривая 1 соответствует ППОАВ на срезе

m m m m

Для исследования влияния ионной имплантации на температурные

характеристики устройств были изготовлены двухканальные ЛЗ на звукопроводах

из пьезокварца и ниобата лития. Каждый канал ЛЗ содержал по два идентичных

ВШП, расположенных друг от друга на расстоянии 20 мм, и имели по 22 пары электродов в случае пьезокварца и пб 4 - в случае ниобата лития. Один из каналов служил в качестве опорного, а во втором - на пути распространения ПАВ по всей ширине пучка создана ионно-имплантированная область длиной 15 мм. Внедрение ионов гелия осуществлено с энергией 100 кэВ и дозой 4 хю 20 м*2. Результаты измерений приведены на рис.7.14, 7.15 где кривые 1 - относительное изменение

частоты до ионной имплантации, кривые 2 после ионной имплантации.

Рис.7.15. Относительное изменение частоты ЛЗ на ниобате лития

Проведено исследование влияния примесных атомов металла на ТКЧ

устройств. На зеукопроводы из пьезокварца и ниобата лития наносилась пленка

хрома толщиной 90 нм и проводилась имплантация ионов аргона энергией 175 кэВ, дозой 5x10го м 2 , после чего пленка хрома удалялась. В результате такого

процесса протекает низкотемпературная диффузия атомов хрома в

приповерхностей слой эвукопровода. Результаты измерений представлены на рис.7.14, кривая 3.

По результатам экспериментального исследования с учетом (7.8) определены ТКЧ (таблица 7.3) /6 9 /.

Из полученных результатов следует, что имплантация ионов гелия в звукопровод из ниобата лития способствует снижению ТКЧ на 2,75% .‘а в случае

льеэокварцевого эвукопровода ТКЧ второго порядка уменьшился на 35,5%.

/

Рис.7.16. Кои трукция ЛЗ

Наличие области в пьезокварцевом звукопроводе ЛЗ, содержащей примесные атомы хрома, обеспечивает уменьшение ТКЧ первого порядка, а увеличение

вносимого затухания не обноружено. ЛЗ, содержащая'льеэокварцевый звукопровод 1 (рис.7.16), на рабочей поверхности которого расположены входной 2, выходной 3 ВШЛ и область между ними 4, содержащая примесные атомы. металла, обеспечивает повышение температурной стабильности на 40-50%. Концентрация атомов хрома определяется по дозе имплантируемых ионов и составляет 0 ,1 %

Таким образом, конценрация атомов хрома в пьезокварцевом эвукопроводе ЛЗ

равна 5х1017 м‘ 2 .

держащей

атомы хрома

7.3. (Кражательны о элементы устройств на ПАВ

Качество отражательных элементов (ОЭ) определяется удельной отражательной

способностью, долговременной стабильностью, простотой конструкции и

технологии изготовления, возможностью управления коэффициентом отражения.

При построении ОЭ, отвечающих перечисленным требованиям, использованы исследования, относящиеся к дублированным и комбинированным ОР. На

рис.7.17 показан ОЭ vcтpoйcтв на ПАВ, содержащий пьезокварцевый звукопровод

1, на рабочей поверхности которого расположена регулярная последовательность металлических полосок 2, припоь.рхностный слой 3 звукопровода между

которыми исполнен из пьезокварца, легированного ионами легких химических

элементов.

Рис.7.17, Отражательный элемент: а - вид сверху;

б - поперечное сечение

На границе металлическая полоска легированный слой пьезокварца

рассогласование импедансов значительно возрастает. Это связано с тем, что рассогласование акустического импеданса льезокврца, легированного ионами легких химических элементов, имеет противоположный знак по сравнению с

импедансом металлизированной поверхности. Вследствие этого значительно

большая часть энергии ПАВ отражается от ОЭ. т.е. увеличивается отражательная способность. Затухание ПАВ а ОЭ не увеличивается и не возрастают переотражения от металлических полосок, поскольку увеличение эффективности отражения ПАВ

не связано с увеличением толщины Металлизации.

где U ,, U, - максимальные амплитуды импульсных откликов измерительного ВШП

и ОЭ. соответственно: п - число пар электродов ВШП; Р - коэффициент,

учитывающий ослабление ПАВ при прохождении через измерительный ВШП.

Результаты исследований ОЭ на чистоте 60 МГц приведены в таблице 7.4. При ионном легировании части ОР, состоящей из 60 промежутков звукопровода

между металлическими полосками, наблюдается изменение формы импульсного отклика. Преимуществом такого ОЭ является возможность технологической

реализации заданной частотной зависимости КО за счет соответствующего

пространственного распределения степени легирования приповерхностного слоя

звукопровода между металлическими полосками, что обепечивается соответствующей пространственной локализацией областей легирования и

выбором величин энергии и дозы ионов. На рис.7 18 показана конструкция

"взвешенной" ОР и частотная зависимость КО, где кривая 1 соответствует металлизированной ОР, кривая 2 - "взвешенной" ОР по закону окна Римана. В результате этого уровень боковых лепестков КО уменьшается в 5 раз.

Рис.7.18. Конструкция (а) и КО (б) ОР

Увеличение отражательной способности ОЭ может быть достигнуто путем использований дополнительных составляющих механизма отражения ПАВ. К

Увеличение долговременной стабильности без ухудшения 1ехнологичности конструкции ОЭ может быгь достигнуто за счет повышения твердости алюминиевой пленки. Такой ОЭ содержит пьезоэлектрический зоукопровод. на рабочей поверхности которого расположена регулярная последовательность металлических полосок, выполненных из алюминия и содержащих примесные ионы инертного

газа. Обьемная концентрация примесных ионов аргона определяется по рис.7,10

и составляет 102* -1027 м‘3. При обьемных концентрациях ионов ниже102в м'3не

создается необходимая концентрация дислокаций и не обеспечивается существенное возрастание прочности алюминия, а концентрации выше 1027

м*3 приводят к механическому разрушению пленки. Такая конструкция ОЭ является технологичной, поскольку обьемная концентрация примесных ионов

инертного газа легко контролируется в процессе изготовления.

7.4. Преобразователи ПАВ

Двунаправленные B lif l На рис.7.8г показана конструкция преобразователя, отличающаяся тем, что использование в качестве материала пьезоэлектрического

звукопровода монокристалла ниобата лития дает возможность разширить частотной диапазон до 1-2 ГГц при незначительных потерях на распространение

ПАВ. Выполнение приповерхностного слоя пьезоэлектрического звукопровода 8

виде участков ниобата лития, различной степенью легированного ионами гелия,

позволяет регулировать значение коэффициента электромеханической связи и с высокой точностью аппроксимировать огибающую импульсного отклика ВШП.

Преобразователь может быть использован в конструкциях с обычными ВШП. а также с другими известными типами преобразователей.

Для получения кваэипрямоугольной формы АЧХ ВШП он должен быть

взвешен согласно (4.I), (4.3). В качестве идеальной функции эподиэации выбираем /6 2 /

результатов, следует что новая конструкция ВШП отличается более низким уровнем

боковых лепестков АЧХ и отсутствием дифракции.

Отсутствием дифракции за счет фокусировки акустического пучка

характеризуется ВШП, показанный на рис.7.22. Кроме того, данный ВШП отличается высокой технологичностью конструкции. Это заключается в повышенной устойчивости к появлению закороток противофазных электродов при изготовлении